Новые материалы из ультратонких слоев
Материалы, состоящие из нескольких ультратонких слоев, рассматриваются как новая захватывающая область исследования материалов.
С тех пор, как впервые был произведен графен с высокими рабочими характеристиками, который состоит только из одного слоя атомов углерода, было разработано много новых тонкопленочных материалов, часто с многообещающими новыми свойствами.
«Мы исследовали комбинацию графена и дисульфида молибдена. Два слоя материала соприкасаются, а затем сцепляются друг с другом за счет слабых сил Ван-дер-Ваальса », – говорит д-р. Джанин Швестка из Института прикладной физики TU WIen и первый автор текущей публикации. «Графен – очень хороший проводник, дисульфид молибдена – полупроводник, и это сочетание может быть интересно для производства новых типов устройств хранения данных."
Однако для определенных применений геометрия материала должна быть специально обработана в масштабе нанометров – например, чтобы изменить химические свойства путем добавления дополнительных типов атомов или для управления оптическими свойствами поверхности. «Для этого есть разные методы», – объясняет Янин Швестка. "Вы можете модифицировать поверхности с помощью электронного луча или обычного ионного луча. Однако в двухслойной системе всегда существует проблема, заключающаяся в том, что луч воздействует на оба слоя одновременно, даже если предполагается изменить только один из них.
Два вида энергии
Когда ионный пучок используется для обработки поверхности, обычно это сила удара ионов, которая воздействует на материал. Однако в TU Wien используются относительно медленные ионы, многозарядные. «Здесь необходимо различать две разные формы энергии», – объясняет проф.
Ричард Вильгельм. «С одной стороны, это кинетическая энергия, которая зависит от скорости, с которой ионы ударяются о поверхность. С другой стороны, есть потенциальная энергия, которая определяется электрическим зарядом ионов. В обычных ионных пучках кинетическая энергия играет решающую роль, но для нас особенно важна потенциальная энергия."
Между этими двумя формами энергии есть важное различие: хотя кинетическая энергия высвобождается в обоих слоях материала при проникновении в систему слоев, потенциальная энергия может распределяться между слоями очень неравномерно: «Дисульфид молибдена очень сильно реагирует на сильно заряженные ионы ", – говорит Ричард Вильгельм. «Один ион, попавший в этот слой, может удалить десятки или сотни атомов из слоя.
Остается дыра, которую очень хорошо видно под электронным микроскопом.«С другой стороны, слой графена, в который снаряд попадает сразу после этого, остается нетронутым: большая часть потенциальной энергии уже высвобождена.
Тот же эксперимент может быть отменен, так что сильно заряженный ион сначала попадает в графен, а только затем на слой дисульфида молибдена.
В этом случае оба слоя остаются нетронутыми: графен обеспечивает ион электронами, необходимыми для его электрической нейтрализации за крошечные доли секунды. Подвижность электронов в графене настолько высока, что точка удара сразу же «остывает». Ион пересекает слой графена, не оставляя постоянного следа.
После этого он больше не может наносить значительный ущерб слою дисульфида молибдена.
«Это дает нам прекрасный новый метод целенаправленного манипулирования поверхностями», – говорит Ричард Вильгельм. «Мы можем добавлять нанопоры на поверхности, не повреждая материал подложки под ними.
Это позволяет нам создавать геометрические конструкции, которые раньше были невозможны.«Таким образом, можно создать« маски »из дисульфида молибдена, перфорированного точно так, как нужно, на которые затем осаждаются определенные атомы металла. Это открывает совершенно новые возможности управления химическими, электронными и оптическими свойствами поверхности.
«Мы очень рады, что наше отличное сотрудничество через Докторантуру TU-D смогло внести значительный вклад в эти результаты», – говорит Джанин Швестка, которая была членом TU-D более трех лет. «Кроме того, это отличает Вену как место для науки и исследований, поскольку мы смогли установить контакты с Венским университетом через короткие расстояния, чтобы углубить наш совместный опыт и методично дополнять друг друга."